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13 août 2019 15:52; Act: 13.08.2019 16:00 Print

Nos horloges biologiques sont synchronisées

Des chercheurs de l'EPFL ont découvert que notre cycle du sommeil suivait le même rythme que notre cycle cellulaire.

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La synchronisation des deux horloges suggère un mécanisme biologique fondamental. (Photo: Keystone)

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Notre horloge circadienne et notre cycle cellulaire sont synchronisés, rapportent des chercheurs de l'EPFL dans la revue Nature Physics. Cette synchronisation est commune à différentes espèces, ce qui suggère un mécanisme biologique fondamental.

Troubles du sommeil ou cancer

Rien n'est statique en biologie, tout est fluide, dynamique et en perpétuel mouvement. Souvent, ce mouvement se produit en cycles réguliers et mesurables qui fonctionnent comme des «horloges», a indiqué mardi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Deux des cycles les plus importants sont l'horloge circadienne, qui régule notre rythme de sommeil et de réveil, et le cycle cellulaire, qui régule la croissance, la vie et la mort des cellules de notre corps. Des problématiques comme les troubles du sommeil, le cancer ou le vieillissement expliquent pourquoi ces deux cycles suscitent un intérêt marqué chez les chercheurs.

L'une des grandes questions dans ce domaine a été celle de la synchronisation, phénomène observé pour la première fois par le physicien - et horloger - hollandais Christian Huygens. En synchronisation, les rythmes (phases) de deux oscillateurs s'accordent en parallèle.

Naturellement, l'horloge circadienne prend un rythme quotidien, mais il s'avère que, dans de nombreux systèmes, le cycle cellulaire implique également une échelle de temps similaire. De plus, certaines données suggèrent que les deux horloges pourraient en fait s'influencer l'une l'autre.

Commune à différentes espèces

L'équipe de Felix Naef a découvert que les horloges circadiennes et celles du cycle cellulaire sont en fait synchronisées. Pour mener à bien l'étude, les scientifiques ont mis au point une méthodologie de «petites données» pour construire et identifier un modèle mathématique des horloges couplées à partir de films en temps réel de milliers de cellules individuelles de souris et d'humains.

Le modèle leur a permis de prédire et de mesurer les changements de phases lorsque les deux horloges étaient synchronisées selon un modèle 1:1 et 1:2, puis de voir comment le «bruit» du système influence cette synchronisation. Enfin, les chercheurs ont également étudié comment elle pourrait être modélisée de façon aléatoire, ce qui permettrait de mieux saisir ce qui se passe dans les cellules réelles.

La synchronisation s'est également avérée remarquablement résistante aux changements de température, qui sont connus pour modifier le rythme des divisions cellulaires. Les scientifiques ont aussi constaté que cette synchronisation du cycle circadien-cellulaire est commune à différentes espèces, y compris les humains, ce qui suggère un mécanisme biologique fondamental.

Un nouveau chapitre

«Cette interaction pourrait jouer un rôle physiologique», souligne Felix Naef, cité dans le communiqué. «Cela peut expliquer pourquoi les horloges de différents tissus du corps sont réglées de manière légèrement différente, un peu comme les horloges murales représentant les fuseaux horaires mondiaux dans un aéroport.»

Les implications de l'étude sont majeures. Selon un article connexe publié par la revue, elle pourrait inaugurer «un nouveau chapitre dans la façon dont les mécanismes de couplage non linéaires peuvent être d'une importance fondamentale pour notre compréhension des systèmes vivants».

(nxp/ats)